(57)【要約】【課題】  生ゴミを原料とし、しかも高い効率でエタノールを回収できる方法を提供する。【解決手段】  本発明のエタノール生産法は、生ゴミを粉砕して粉砕物を生成するステップと、粉砕物のデンプン濃度を調整し糖化酵素を加え糖化処理水を生成するステップと、糖化処理水に予め培養したZymomonas mobilisの種菌を接種してアルコール発酵させ、もろみを生成するステップと、もろみを蒸留してエタノールを回収するステップとを含む。４５％を超える対ブドウ糖転換率が得られ、生ゴミから効率よくエタノールを生産でき、我が国におけるガソリン添加用エタノール生産に資することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生ゴミを粉砕して粉砕物を生成するステップと、
前記粉砕物のデンプン濃度を調整し糖化酵素を加え糖化処理水を生成するステップと、
前記糖化処理水に予め培養したZymomonas mobilisの種菌を接種してアルコール発酵させ、もろみを生成するステップと、
前記もろみを蒸留してエタノールを回収するステップとを含む、生ゴミからのエタノール生産法。
【請求項２】
前記粉砕物を生成するステップにおいて、前記生ゴミに水が加えられる請求項１記載の生ゴミからのエタノール生産法。
【請求項３】
前記糖化処理水を生成するステップにおいて、前記デンプン濃度調整後糖化酵素を加え、糖化反応を行って後濾過するか、あるいはそのまま用いる請求項１から２記載の生ゴミからのエタノール生産法。
【請求項４】
前記糖化処理水を生成するステップにおいて、前記デンプン濃度調整後糖化酵素を加え、糖化処理して得た糖化液又はそれを濾過して得た液を滅菌処理して用いる請求項１から３記載の生ゴミからのエタノール生産法。
【請求項５】
対ブドウ糖転換率は、４８％である請求項１から４記載の生ゴミからのエタノール生産法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
地球温暖化が進行する一方、石油資源の枯渇も同時並行で進んでおり、石油の消費を抑制し、エネルギー源を光合成産物である再生可能資源に置き換えていくことが人類共通の課題となっている。二酸化炭素削減にかかわる京都議定書の目標達成に向け、我が国でもガソリンに再生可能資源から生産したバイオエタノールを添加することが決定された。
【０００２】
しかしながら、我が国には、エタノール生産可能であり、かつ需要に見合うだけの安価な農産物が存在しない。そこで、建築廃材や風倒木など木材資源を糖化してエタノールを生産する技術開発が盛んに行われているが、技術的に高いハードルがあり、未だ経済性の目処が立っていない。
【背景技術】
【０００３】
エタノールは、清酒、焼酎、ビール、ワイン、ウイスキーなど全ての酒類の主成分であり、古来、酵母による発酵法によって生産されている。また、工業用、燃料用のものも、農産物資源の豊富なアメリカやブラジルにおいて、発酵法によって生産されている。因みに、ブラジルでは２５％、アメリカでは１０％のバイオエタノール（発酵エタノール）がガソリンに添加されている。
【０００４】
発酵法によると、原料の組成と品質は、制約を受ける。酵母の増殖とアルコールを生産させる微生物の代謝反応を正確に行わせるためである。即ち、原料を峻別しなければ、効率の良いアルコール発酵は行えない。
【０００５】
例えば、アメリカではとうもろこしデンプン（コーンスターチ）が、ブラジルではサトウキビから得られるケインモラセスや粗糖シロップが大量に得られるため、燃料用エタノール生産のための発酵事業が可能になっている。
【０００６】
さて、エタノール生成細菌Zymomonas mobilisは、メキシコの地酒プルケの醸造に関与する微生物である。そのアルコール生産速度は、非常に大きいが、工業用エタノールの生産に用いられている例はない。なぜなら、エタノール生成細菌Zymomonas mobilisは、増殖にアミノ酸やビタミン類を必要とし、培地の栄養成分が複雑なためである。
【０００７】
生ゴミは、我が国国内だけで年間２，０００万トン（農林水産省統計）も発生している貴重な資源であり、これを有効活用しようとする技術開発は各視点から検討されている。しかしながら、エネルギー回収を目的とするものは、生ゴミを脱水し自燃や嫌気性メタン発酵処理によるものが中心である。
【０００８】
液体燃料化によるエネルギー回収法については、本発明者らによる生ゴミを原料にしたアセトン・ブタノール発酵の開発例があるにすぎない。アセトン・ブタノール発酵では、炭水化物（グルコース）からブタノールを生成する収率（転換率）は、重量ベースで２２％程度である。生ゴミを原料とするエネルギー回収法において、さらなる効率をあげうる技術開発が求められている。
【特許文献１】特開２００３−２７４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、生ゴミを原料とし、しかも高い効率でエタノールを回収できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係るエタノール生産法は、生ゴミを粉砕して粉砕物を生成するステップと、粉砕物のデンプン濃度を調整し糖化酵素を加え糖化処理水を生成するステップと、糖化処理水に予め培養したZymomonas mobilisの種菌を接種してアルコール発酵させ、もろみを生成するステップと、もろみを蒸留してエタノールを回収するステップとを含む。
【００１１】
第２の発明に係るエタノール生産法では、第１の発明に加え、粉砕物を生成するステップにおいて、生ゴミに水が加えられる。
【００１２】
第３の発明に係るエタノール生産法では、第１の発明に加え、糖化処理水を生成するステップにおいて、デンプン濃度調整後糖化酵素を加え、糖化反応を行って後濾過するか、あるいはそのまま用いる。
【００１３】
第４の発明に係るエタノール生産法では、第１の発明に加え、糖化処理水を生成するステップにおいて、デンプン濃度調整後糖化酵素を加え、糖化処理して得た糖化液又はそれを濾過して得た液を滅菌処理して用いる。
【００１４】
第５の発明に係るエタノール生産法では、第１の発明に加え、対ブドウ糖転換率は、４８％である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生ゴミを原料とし、しかも高い効率でエタノールを回収できる。光合成産物である生ゴミの大部分は、有効利用されることなく焼却されまたは投棄されているが、本発明によれば、生ゴミから効率よくエタノールを生産でき、我が国におけるガソリン添加用エタノール生産に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の概要は、次のとおりである。
【００１７】
生ゴミに対して、特別の分別作業を行わず、生ゴミから、金属片、プラスチックなどを取り除き、これを粉砕する。具体的には、生ゴミから金属、プラスチック、ラップシート、アルミホイール、割り箸など微生物によって資化できない物質や糖化酵素によって分解されない物質を取り除く。但し、食品として供せられたものの残飯、および食卓に飾りとして供せられた野菜、果物、新鮮魚などは、粉砕機の刃を損傷しないかぎりとくに選別する必要はない。これらを少量の水を加えながら粉砕する。
【００１８】
次に、粉砕物に、デンプン濃度調整後糖化酵素を加えて糖化処理し糖化処理水を生成する。
【００１９】
具体的には、まず、粉砕物に水を加え、攪拌可能な粘度に調整する。ここで、調理された食品に含まれるデンプンは、すでにアルファ化されており、液化酵素による液化処理は不要だが、液の粘度が高くなることは避けられない。生ゴミの水分は約７５％程度であるから、生ゴミと同量の水を加えて液状化しても、できあがった生ゴミ粉砕液に含まれるデンプンなど食品要素の乾物換算濃度は約１２．５％程度にすぎず、これを糖化しても８−９％の糖濃度の糖液を得るのが精一杯である。
【００２０】
さらに、調整された生ゴミ粉砕液を、使用する糖化酵素に至適なｐＨに調整し、糖化酵素を加えて至適温度で必要時間保ち糖化処理し、糖化処理水を生成する。
【００２１】
残飯を中心にした生ゴミは生野菜や果物を豊富に含み、これらに含まれるプロテアーゼの作用により、タンパク質の低分子化も促進される。このような比較的低濃度のブドウ糖液でしかもタンパク質も比較的大量に含む栄養豊富な基質は、酒造を目的としないかぎり、酵母による発酵よりもZymomonasによるアルコール発酵の方に適する。特にZymomonasによる連続発酵法は、アルコール濃度が比較的低い（例えば５−６％）場合、非常に大きい生産速度が得られるので、燃料用エタノールを生産する上で、大変有利となる。
【００２２】
次に、この糖化処理水を、そのまま／もしくは濾過して、特別の栄養物を加えることなく滅菌処理のみを行う。Zymomonas mobilisの種菌を接種してエタノール発酵させ、もろみを生成する。さらに、もろみを蒸留してエタノールを回収する。その結果、対ブドウ糖４８％の転換率でエタノールを生成できる。
【００２３】
ここで、エタノール生成細菌Zymomonas mobilisは、細胞増殖とエタノール生成の為に基質となる糖のほか、各種の有機栄養素を必要とする。そのため、培養試験を行う標準培地では、糖に酵母エキスと麦芽エキスを配合したＹＭ  Ｂｒｏｔｈ（Ｄｉｆｃｏ）を使用する。これら栄養素は、主としてアミノ酸類、ビタミン類と考えられているが特定されてはいない。
【００２４】
本発明者らは、生ゴミの中に含まれる魚や肉の成分がこの菌の増殖に有効に使用できるのではないかと期待して、鋭意研究を重ねた。また、生ゴミに混在するパイナップルなどの果実にはプロテアーゼ活性も存在することから、生ゴミはエタノールの原料となる糖質を供給するのみならず、動物タンパク質を分解する酵素源を含み、その働きによって、Zymomonas mobilisの増殖とアルコール生成に必要な有機栄養素をも供給することが可能な資源であるとの仮説に立って実験を行い効果を確認すると共に、本発明を完成したものである。
【００２５】
以下、各実施例を挙げながら、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるわけではない。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
種菌は、ＹＭブロス（Ｄｉｆｃｏ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｄｅｔｒｏｉｔ）を培地とし、規定濃度に調整後試験管に１０ｍｌを分注し１１５℃で１０分間加熱滅菌したもので調製した。これにZymomonas mobilis  ＮＲＲＬ  Ｂ−１４０２３を接種し、３０℃にて１８時間静置培養したものを用いた。
【００２７】
生ゴミは、弁当残飯ごはん（しそ風味ふりかけに梅干し１ケ付き）１２０ｇ、チキンカツ、ひじき煮物、こぼうと豚肉の煮物少々のおかず類１２０ｇ、皮付きイチジク１切れ、巨峰ブドウ３個からなる果物１００ｇを材料とした。
【００２８】
これに水２００ｍｌを加えジューサーミキサーで皮や種子などがついたまま粉砕した。粉砕後さらに水を加えて全体を５００ｍｌとした。０．１Ｎ−ＮａＯＨでｐＨを４．５に調整した後糖化酵素Ｄｅｘｔｒｏｚｙｍｅ（Ｎｏｖｏ）１００μｌを加えもう一度ジューサーミキサーで全体を混合した。６０℃で２４ｈ温水槽にて糖化反応を行った。糖化処理液の糖濃度（ブドウ糖換算）は９２ｇ／ｌであった。これをガーゼ布で巾着絞りで濾過したもの／および濾過せずそのままの液のもの各５０ｍｌずつ大型試験管に分注し、１１５℃１０ｍｉｎオートクレーブ滅菌後上述の方法で調整した種菌を２．５ｍｌ接種して３０℃１５ｈ培養した。発酵終了液のエタノールを分析したところ４０．５ｇ／ｌであった。
【００２９】
このようにして培養した培養液（もろみ）合計２００ｍｌを蒸留し、無水エタノール８ｍｌを得た。
【００３０】
（実施例２）
シード（種）に用いた菌、培地、発酵法、発酵条件は、実施例１と同一である。
【００３１】
生ゴミは、サンドイッチ（玉子および野菜）１１０ｇ、チーズピザ１００ｇ、パパイヤ（皮付き）１００ｇを材料とした。
【００３２】
これに水２００ｍｌを加えジューサーミキサーでパパイヤの皮ごとそのまま粉砕した。粉砕後さらに水を加えて全体を５００ｍｌとした。０．１Ｎ−ＮａＯＨでｐＨを４．５に調整した後糖化酵素Ｄｅｘｔｒｏｚｙｍｅ（Ｎｏｖｏ）１００μｌを加えもう一度ジューサーミキサーで全体を混合した。６０℃で２４ｈ温水槽にて糖化反応を行った。糖化処理液の糖濃度（ブドウ糖換算）は８３ｇ／ｌであった。これをガーゼ布で巾着絞りで濾過したもの／及び濾過せずそのままのもの各５０ｍｌずつ大型試験管に分注し、１１５℃１０ｍｉｎオートクレーブ滅菌後上述の方法で調整した種菌を接種して３０℃１５ｈ培養した。発酵終了液のエタノールを分析したところ３６ｇ／ｌであった。
【００３３】
このようにして培養した培養液（もろみ）合計２００ｍｌを蒸留し、無水エタノール７ｍｌを得た。
【００３４】
（実施例３）
種菌は、ＹＭブロス（Ｄｉｆｃｏ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｄｅｔｒｏｉｔ）を培地とし、規定濃度に調整後試験管に１０ｍｌを分注し１１５℃で１０分間加熱滅菌したもので調製したものにZymomonas mobilis  ＮＲＲＬ  Ｂ−１４０２３を接種し、３０℃にて１８時間静置発酵したものをスターターとした。
【００３５】
これをブドウ糖５０ｇ／ｌ、酵母エキス５ｇ／ｌ、ＫＨ2ＰＯ4  １ｇ／ｌからなる培地を肉厚ガラス瓶に１００ｍｌ入れて１１５℃で１０分間加熱滅菌したシード培地に５ｍｌシードし３０℃にて１５時間静置発酵した。
【００３６】
生ゴミは、懇親会立食パーティー残飯１ｋｇすし類（巻きずし、たまご、えび、まぐろにぎりすし）、サンドイッチ（玉子、野菜、ハム）、鉢盛り皿（天ぷら、とりの唐揚げ）、果物（パイナップル、オレンジ）合計１ｋｇを用いた。
【００３７】
これを飾りのビニールなどを取り除き水約１ｌを加えてそのまま粉砕した。粉砕後さらに水を加えて全体を２ｌとした。０．１Ｎ−ＮａＯＨでｐＨを４．５に調整した後糖化酵素Ｄｅｘｔｒｏｚｙｍｅ（Ｎｏｖｏ）５００μｌを加えスターラーで全体をよく混合攪拌した。６０℃で２４ｈ温水槽にて糖化反応を行った。糖化処理液の糖濃度（ブドウ糖換算）は９２ｇ／ｌであった。これを３，０００ｇ  ２ｍｉｎ遠心分離し、清澄糖液１．８ｌを得た。この糖液をｐＨ６．２に調整し１１５℃１０ｍｉｎオートクレーブ滅菌後全容２．５ｌのガラスジャーファーメンターに入れ、上述のように調整したシード（１００ｍｌ）を接種して３０℃１５ｈ培養した。発酵中攪拌速度を１５０ｒｐｍ  ｐＨを１Ｎ−ＮＨ4ＯＨで５．５に制御した。培養１６時間で発酵終了し、エタノール濃度を分析したところ４２ｇ／ｌであった。
【００３８】
この培養液（もろみ）を蒸留し、無水エタノール８０ｍｌを得た。